JP5838461B2 - 固気分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、固気混合物で構成された流体を導入し、固体と気体とに分離して排出する固気分離装置に関する。

固気混合物を固体と気体とに分離するために、サイクロン技術が広く用いられてきた。従来のサイクロン装置１の略斜視図を図１に示す。固気混合物の流体を、渦流を発生させるようにサイクロン装置１の内部に流し込むと、気体は内筒２から排出される一方、固体粒子は遠心力によって外筒３の内壁に達しサイクロン装置１の下部に落下する。

これまで、細かい固体粒子の分離が可能なサイクロン装置の開発が行われてきた。例えば、サイクロン装置内部で流体を急旋回させるもの（特許文献１及び特許文献２参照）、サイクロン装置内部に邪魔板を設けるもの（特許文献３参照）等が挙げられる。

特開昭６２−０１９２６９号公報 特開平１１−２９０７２４号公報 特開２００７−１６０２９８号公報

細かい固体粒子を分離するために気体を急旋回させると、分離された固体粒子がサイクロン装置の内筒２方向に向かうため、内筒２の表面に付着するという問題点があった。付着した固体粒子はサイクロン装置１の内部に留まるため、これらを人為的に取り除く必要があった。したがって、装置のメンテナンスの負担は大きいものであった。

以上の問題点に鑑みて、本発明では、従来のサイクロンでは分離することが困難なサイズの固体粒子を効率的に分離することができる固気分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、固気混合物で構成された流体を導入し、固体と気体とに分離して排出する固気分離装置であって、導入された流体を放出する流出区画と、該流出区画から放出された流体を吸引する流入区画と、を備え、流出区画から放出される流体は旋回し、主として該流出区画に対応する流入区画に吸引されることを特徴とする。本発明の固気分離装置では、従来の装置では分離することが困難な微細な固体粒子であっても効率的に分離することができる。

さらに、本発明の固気分離装置は複数の流出区画と複数の流入区画とを備え、流出区画と流入区画とが周方向に配置され、流出区画は放射方向に流体を放出し、流入区画は放射反対方向に流体を吸引するものであってもよい。複数の流出区画から流体を放出することで、大量の流体を処理することが可能である。また、流体が放射方向に放出され、さらに放射反対方向に吸引されるが、流体に含まれる固体は装置の外部を覆う筺体方向へ向かうため、装置内部に留まる可能性を少なくすることができる。

また、本発明の固気分離装置は、流出区画と流入区画とが周方向に交互に配置され、流出区画から放出される流体は、主として流体が放出された流出区画に隣接する流入区画に吸引されるものであってもよい。流体が、放出された流出区画に隣接する流入区画に吸引されることで、流体が急旋回するため強い遠心力が働くため、より微細な固体粒子を分離することが可能となる。

また、本発明の固機分離装置は、該流体に含まれる気体は主として流入区画に吸引され、また、該流体に含まれる固体は主として流入区画に吸引されないものである。これは、固気混合物で構成された流体が流出区画から放出されて旋回することにより起こる。

さらに、本発明の固気分離装置は、流出区画が導入された流体を分流するための分流ガイドを備え、該分流ガイドは流体の導入側に突出した形状を有するものであってもよい。導入側に突出した分流ガイドにより流体が効率的に分流されるためである。

また、本発明の固気分離装置は、流出区画の開口が、流体の排出側に向かって小さくなるテーパー形状を有するものであってもよく、流入区画の開口が、流体の排出側に向かって大きくなるテーパー形状を有するものであってもよい。流体の流出及び流入が効率的に行われるためである。

さらに、本発明の別の固気分離装置は、流出区画の流体放出側に整流手段を備えており、整流手段は、流出区画から放出された流体が固気分離装置の略中心軸、すなわち鉛直方向、に対して周方向へ流れるように案内するものである。流体が放射方向に放出された場合には、質量の大きい固体は、筐体内壁に垂直に近い角度で衝突するため、筐体内壁に付着する可能性がある。しかしながら、整流手段により、流出区画から放出された流体を周方向へ誘導することで、固体の軌道が筐体内壁に対して鋭角又は平行となる。したがって、筐体内壁へ付着する固体を少なく抑えた上での分離が可能である。

本発明の固気分離装置は、筺体内部に設けられた分離前室から流出区画を通じて、外部の筺体内壁方向に流体を流出することによって固体と気体とを分離する。したがって、固体粒子が装置内部にほとんど残留することなく、高い精度で分離することが可能となる。

従来技術のサイクロン装置の内部構造を示す略斜視図である。 本発明の固気分離装置の内部構造を示す略斜視図である。 本発明の固気分離装置の流出区画及び流入区画の概念図である。 本発明の固気分離装置の流出区画及び流入区画を含む水平方向の略断面図である。 本発明の固気分離装置の別の形態の流出区画及び流入区画を含む水平方向の略断面図である。 本発明の固気分離装置の垂直方向の略断面図である。 本発明の固気分離装置の別の形態の垂直方向の略断面図である。 本発明の固気分離装置の別の形態の流出区画及び流入区画を含む水平方向の略断面図である。

本発明の固気分離装置の一実施形態は、固気混合物で構成された流体を導入し、固体と気体とに分離して排出する固気分離装置であり、固気混合物で構成された流体が供給される分離前室と、分離前室に供給された流体を搬送空間へ放出する流出区画と、流出区画から放出された流体が搬送され該流体が搬送中に旋回する搬送空間と、流出区画から搬送空間へ放出された流体のうち、主として気体を分離後室へ吸引する流入区画と、搬送空間へ放出された流体のうち、主として気体が供給される分離後室と、から構成される。

さらに好ましくは、本発明の固機分離装置は、複数の流出区画と複数の流入区画とを備える。流出区画は、流体の進行方向に対して放射方向、すなわち略水平面に沿って放射方向に流体を放出し、流入区画は、略水平面に沿って放射反対方向に流体を吸引するように、流出区画と流入区画とが固気分離装置の略中心軸、すなわち鉛直方向、に対して周方向に交互に配置される。また、流出区画から放出される流体は、主として流体が放出された流出区画に隣接する流入区画に吸引される。

固気混合物で構成された流体は、流出区画から略水平面に沿って放射方向に放出され、流入区画から略水平面に沿って放射反対方向に吸引される力が働くため、搬送空間における搬送中に旋回する。該流体に含まれる固体は、回転半径が大きいため、主として分離後室へは吸引されないが、一方で該流体に含まれる気体は、回転半径が小さいため、主として分離後室へと吸引される。このようにして、固気混合物で構成された流体が固体と気体とに分離される。

本発明を実施するための形態について図面を参照しながらさらに詳細に説明する。以下、図面において示す参照番号については、同一の番号は同一のものを示している。

図２は、本発明の固気分離装置１０の内部を示す略斜視図である。図中の矢印は、固気分離装置１０に導入される流体の動きを示す。固気分離装置１０は、固気混合物で構成された流体を導入する導入管２０及び固気混合物から分離された気体を含む流体を排出する排出管２２を備える。また、固気分離装置１０の外周は筺体２４により囲まれ密閉される。

ここで、分離前室１５とは、上下２枚の板状部材１８ａ及び１８ｂと、固気分離装置の略中心軸、すなわち鉛直方向、に対して周方向を該板状部材間に挿入される複数の筒体２６とによって囲まれる空間である。分離前室１５は導入管２０と一体の流路を形成し、導入管２０から導入された流体は分離前室１５に供給される。

また、搬送空間１６とは、筺体２４と分離前室１５との間に存在する空間である。分離前室１５は、搬送空間１６に開口する流出区画１２を備える。分離前室１５に供給された流体は、流出区画１２から搬送空間１６へと放出され、搬送空間１６内を搬送される。

また、筒体２６は中空の構造を有し、板状部材１８ａ及び１８ｂの間に挿入される。筒体２６は分離前室１５の周方向に複数設けられる。筒体２６は上部で排出管２２に接続し一体の流路を形成する。一方で、筒体２６の下部は板状部材１８ｂによって遮蔽される。各筒体２６の内部に存在する空間が分離後室２７である。

さらに、分離後室２７は、搬送空間１６に開口する流入区画１４を備える。流出区画１２から放出された流体は、搬送空間１６で少なくとも１回旋回し、流体が放出された流出区画１２に対応する流入区画１４から吸引され、筒体２６内部の分離後室２７に回収される。なお、流出区画１２及び流入区画１４の詳細な構造については後述する。

さらに、排出管２２は、紙面上部で、図示されていない送風機に接続する。送風機により、流体が導入管２０から分離前室１５、流出区画１２、搬送空間１６へと順に移送され、搬送空間１６内で固体と気体とに分離される。主として分離された気体を含む流体は、上述の送風機により、搬送空間１６から流入区画１４、分離後室２７、排出管２２へと順に移送される。

固気混合物で構成された流体は、固気分離装置１０の導入管２０を通じて、分離前室１５に供給される。分離前室１５には複数の流出区画１２が備えられており、分離前室１５に導入された流体は分流されて各流出区画１２から、筺体２４方向の搬送空間１６へ放出される。

流出区画１２から搬送空間１６へ流出した流体は、搬送空間１６内での搬送中に、後述のように固体と気体とに分離される。流体に含まれる気体は、流入区画１４に吸引されて筒体２６に回収され、さらに排出管２２に移送されて固気分離装置１０外部へ排出される。一方で、流体に含まれる固体は搬送空間１６を筺体２４の下部方向へ落下する。筺体２４の下部には、落下した固体を取り出すための取出口２５が設けられている。

流出区画１２及び流入区画１４の構造について、図３、図４及び図５を用いて詳細に説明する。図３は、流出区画１２及び流入区画１４の概念図であり、水平方向の断面を表したものである。また、図４は固気分離装置１０の流出区画１２及び流入区画１４を含む水平方向の略断面図であり、図５は本発明の固気分離装置の別の態様の水平方向の略断面図である。

図３を参照して流出区画１２及び流入区画１４について説明する。図中、実線で表した矢印ａは、主として流体に含まれる気体の動きを、破線で表した矢印ｂは、主として流体に含まれる固体の動きを、それぞれ示している。流出区画１２及び流入区画１４は、それぞれ複数が、分離前室１５の周方向に交互に配置される。導入管２０によって分離前室１５へ供給された流体は、流出区画１２から筺体２４方向へ、すなわち分離前室１５外部の搬送空間１６へと放出される。流出区画１２は分離前室１５の周方向に複数配置されており、流体は分離全室１５から搬送空間１６へと略水平面に沿って放射方向に放出される。

さらに、搬送空間１６へ放出された流体に含まれる気体は、図中の矢印ａに示すように、搬送空間１６で少なくとも１回旋回し、主として流体が放出された流出区画１２に対応する流入区画１４に吸引されて回収される。流入区画１２は分離前室１５の周方向に複数配置されているため、流体は搬送空間１６から略水平面に沿って放射反対方向に回収されることになる。流出区画１２に対応する流入区画１４とは、好ましくは流出区画１２の近傍に位置する流入区画１４であり、より好ましくは流出区画１２に隣接する流入区画１４である。

一方、流体に含まれる固体は、図中の矢印ｂに示すように、流入区画１４には吸引されず筺体２４の内壁方向へと進む。流体が搬送空間１６で旋回するために遠心力が働くが、固体の比重は気体の比重よりも大きいため、固体の回転半径は気体の回転半径に比べて大きくなるためである。このように流体から分離された固体は、筺体２４の内壁に達した後、装置下方向へと落下するため、筺体２４下部の取出口２５から容易に回収することができる。

上述のように、本発明の固気分離装置１０では、搬送空間１６で、流体の旋回により発生する遠心力により気体と固体とを分離する。したがって、流出区画１２から放出される流体の放出速度を速くすれば、より大きな遠心力が発生するため、より微細な固体粒子を分離することが可能となる。

また、流出区画１２の水平方向の幅を狭くすると、流出区画１２から放出される流体の水平方向の幅が狭くなるため、僅かな回転半径の違いでも気体と固体とを分離することができる。さらに、流出区画１２の幅を狭くすることで、放出される流体全体に略均等な遠心力が働くため、固体の大きさに従った分離を行うこともできる。

また、流出区画１２の開口は流体の導入側に向かって大きくなり、同時に排出側に向かって小さくなるテーパー形状を有することが好ましい。一方で、流入区画１４の開口は導入側に向かって小さくなり、同時に排出側に向かって大きくなるテーパー形状を有することが好ましい。このような形状とすれば流体の放出及び吸引を円滑に行うことができるためである。

また、流出区画１２や流入区画１４は、分離前室１５の周方向に傾斜して設置される。流出区画１２から放出された流体が吸引される方向を該傾斜によって制御することで、流体が、放出された流出区画１２に隣接する流入区画１４に吸引回収されるようにすることができる。

図４は、本発明の固気分離装置１０の流出区画１２及び流入区画１４を含む水平方向の略断面図である。図中に実線で表した矢印ａ’は、主として導入される流体に含まれる気体の動きを示している。断面が多角形の筒体２６が分離前室１５の周方向に配置され、隣接する筒体２６の間に流出区画１２となる間隙が設けられている。筒体２６が周方向に配置された中央方向にある分離前室１５は導入管２０と連結している。したがって、導入管２０を通じて導入された流体は、分離前室１５の周方向に配置された流出区画１２から搬送空間１６へ放出される。

また、筒体２６の搬送空間１６側の面には、流入区画１４となるスリットが設けられている。また、筒体２６内部の分離後室２７の上部は排出管２２に接続し一体の流路を形成する。すなわち、搬送空間１６から流入区画１４に吸引された流体は、筒体２６内の分離後室２７に回収され、分離後室２７を経て排出管２２に至る。

さらに、流出区画１２は流体の導入側すなわち分離前室１５中央方向に突出した分流ガイド２８ａを備えている。分流ガイド２８ａは、導入管２０から導入された流体を分流し各流出区画１２へと誘導する。

図５は、本発明の別の態様の固気分離装置１０の流出区画１２及び流入区画１４を含む水平方向の略断面図である。図中に実線で表した矢印ａ’’は、導入される流体に含まれる気体の動きを示している。筒体２６の断面は円形であり、さらに流体の導入側すなわち分離前室１５中央方向に突出した分流ガイド２８ａを備える。

ここで、図６を参照して、本発明の固気分離装置の内部構造について説明する。図６は、本発明の固気分離装置１０の垂直方向の略断面図である。図中に実線で表した矢印Ａは、主として導入される流体に含まれる気体の動きを示している。

分離前室１５には、流体の導入側すなわち導入管２０方向に突出した分流ガイド２８ｂが設けられている。分流ガイド２８ｂによって、導入された流体は分流されて各流出区画１２方向へ誘導され、流出区画１２から放射方向に搬送空間１６へ放出され、流入区画１４から放射反対方向に筒体２６内に吸引回収される。

また、排出管２２には、流体の排出側に突出した排出ガイド３２が設けられる。流入区画１４から筒体２６に回収された流体は、排出管２２に至り、排出ガイド３２に従って紙面上部方向へと排出される。

さらに、図７は本発明の固気分離装置の変形例である。排出管２２は、微粒子を捕捉するためのフィルタ３０を備える。搬送空間１６で分離することができない微細なサイズの固体粒子を該フィルタで捕捉することが可能であり、気体と固体とをより高い精度で分離することができる。フィルタは排出管２２でなく、筒体２６に備えられていてもよい。

さらに、図８は、本発明の別の態様の固気分離装置１０の流出区画１２、流入区画１４及び整流手段３２を含む水平方向の略断面図である。図中に実線で表した矢印ａ’’’は、主として導入された流体に含まれる気体の動きを示し、図中に破線で表した矢印ｂ’’’は、主として導入された流体に含まれる固体の動きを示す。整流手段３２は、流出区画１２の流体放出側、すなわち搬送空間１６側に備えられており、流出区画１２から搬送空間１６に放出された流体を、固気分離装置の略中心軸、すなわち鉛直方向、に対して周方向に流れるように案内する。

整流手段３２は、流出区画１２から放出された流体が周方向へ流れるように案内する。したがって、流体に含まれる固体は、矢印ｂ’’’に示すように、筐体２４内壁に対して鋭角又は平行となるように流出区画から放出されるため、筐体２４内壁への固体の付着を抑えることができる。

以上、本発明の固気分離装置についての実施形態を説明してきたが、ここで示された実施形態は本発明の一例に過ぎず、特許請求の範囲の精神及び教示を逸脱しない範囲で他の実施形態が存在することは当業者に容易に理解できよう。

１０：固気分離装置
１２：流出区画
１４：流入区画
１５：分離前室
１６：搬送空間
２０：導入管
２２：排出管
２４：筺体
２６：筒体
２７：分離後室
２８：分流ガイド
３２：整流手段

Claims (4)

1. 固気混合物で構成された流体を導入し、固体と気体とに分離して排出する固気分離装置であって、
   該装置の外周を囲む筺体と、
   固気混合物で構成された流体が供給される分離前室と、
   前記筺体と前記分離前室との間に存在する搬送空間と、
   前記分離前室に供給された流体を前記搬送空間に放出する複数の流出区画と、
   該流出区画から前記搬送空間に放出された流体を吸引する複数の流入区画と、
   前記流出区画の流体の前記搬送空間への放出側に、前記流出区画から放出された前記流体が周方向へ流れるよう案内する整流手段と、を備え、
   前記流体は、主として該流体が放出された前記流出区画に隣接する前記流入区画に吸引されるよう、前記流出区画と前記流入区画とが、該装置の略中心軸に対して周方向に交互に配置され、
   前記流出区画は前記流体を前記搬送空間に放射方向に放出し、前記流入区画は放射反対方向に前記搬送空間に放出された前記流体を吸引し、
   前記流出区画から放出された前記流体は前記搬送空間内で旋回し、
   前記搬送空間内での前記流体の旋回により発生する遠心力により、前記流体に含まれる気体と固体とが分離され、
   前記流体に含まれる気体は主として前記流入区画に吸引され、前記流体に含まれる固体は主として前記流入区画に吸引されない
   ことを特徴とする固気分離装置
2. 前記流出区画が、導入された流体を分流するための分流ガイドを備え、
   該分流ガイドは流体の導入側に突出した形状を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固気分離装置
3. 前記流出区画の開口が、前記流体の前記搬送空間への放出側に向かって小さくなるテーパー形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固気分離装置
4. 前記流入区画の開口が、前記流体の前記搬送空間への放出側に向かって大きくなるテーパー形状を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の固気分離装置